WO2020184524A1 - 加速器、及びサイクロトロン - Google Patents

加速器、及びサイクロトロン Download PDF

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WO2020184524A1
WO2020184524A1 PCT/JP2020/010102 JP2020010102W WO2020184524A1 WO 2020184524 A1 WO2020184524 A1 WO 2020184524A1 JP 2020010102 W JP2020010102 W JP 2020010102W WO 2020184524 A1 WO2020184524 A1 WO 2020184524A1
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WO
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electrode
magnetic channel
magnetic
support plate
cooling unit
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/010102
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English (en)
French (fr)
Inventor
伸明 高橋
孝明 森江
Original Assignee
住友重機械工業株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H13/00—Magnetic resonance accelerators; Cyclotrons

Definitions

  • This disclosure relates to accelerators and cyclotrons.
  • Patent Document 1 the accelerator described in Patent Document 1 below is known as a technique in such a field.
  • charged particles sent from an ion source are accelerated by an electric field formed by a cavity between a pair of magnetic poles.
  • charged particles are sufficiently accelerated and then pulled out by passing through magnetic channels and electrostatic deflectors.
  • the D electrode generates heat due to the influence of the energy loss of the microwave in the cavity.
  • the magnetic channel is a member provided on the de electrode. Therefore, the heat generated by the de electrode may be transferred to the magnetic channel.
  • the magnetic channel is also affected by heat input due to beam collision. In this case, the thermal expansion of the de electrode and the magnetic channel may affect the position accuracy of the magnetic channel. Therefore, it has been required to cool the magnetic channel, but there is a problem that the above-mentioned accelerator cannot properly cool the magnetic channel.
  • the present disclosure aims to provide an accelerator and a cyclotron capable of appropriately cooling a magnetic channel.
  • the accelerator according to one embodiment of the present disclosure includes an accelerating electrode, a magnetic channel provided on the accelerating electrode, a support member for supporting the magnetic channel, and a cooling unit for cooling the magnetic channel, and the cooling unit supports the accelerating electrode. It is provided on the member and cools the magnetic channel through the support member.
  • the magnetic channel is provided on the acceleration electrode while being supported by the support member.
  • a cooling unit that cools the magnetic channel is provided on the support member. That is, the cooling unit can cool the magnetic channel via the support member. In this way, the cooling unit is provided on the support member instead of being provided directly on the magnetic channel, so that the magnetic channel can be cooled in a state where structural and functional restrictions are reduced. From the above, the magnetic channel can be appropriately cooled.
  • the support member may be attached to the acceleration electrode, a gap may be formed between the support member and the acceleration electrode, and the position of the support member may be adjustable with respect to the acceleration electrode. In this case, the position of the magnetic channel can be adjusted via the support member.
  • the accelerating electrode is provided with a cooling unit for the accelerating electrode, the cooling unit has a pipe for circulating the cooling medium, and the piping of the cooling unit is provided so as to branch the cooling medium from the cooling unit for the accelerating electrode. Good.
  • the cooling medium used in the acceleration electrode cooling unit can be diverted to the cooling unit. Therefore, it is possible to prevent the cooling unit from becoming large.
  • the support member has a position adjusting portion that can be attached to the acceleration electrode and allows position adjustment with respect to the acceleration electrode. As a result, even if the position of the magnetic channel with respect to the acceleration electrode is displaced due to the influence of thermal expansion or the like, the position of the support member can be adjusted by the position adjusting portion to align the magnetic channel.
  • the cooling unit has a pipe that is pulled out from the support member and circulates the cooling medium, and the pipe may be removable from the acceleration electrode together with the support member.
  • the pipe may be removable from the acceleration electrode together with the support member.
  • the cyclotron includes a D electrode, a magnetic channel provided on the D electrode, and a cooling unit for cooling the magnetic channel, and the cooling unit is inside the D electrode in a plan view. It is located in the area.
  • the magnetic channel is provided with a cooling unit that cools the magnetic channel. Therefore, the magnetic channel can be cooled by the cooling unit.
  • the cooling unit is arranged in a region inside the D electrode in a plan view. From the above, the magnetic channel can be appropriately cooled.
  • the cyclotron 1 is illustrated as an accelerator.
  • the spiral orbit B of the charged particles is on the horizontal plane.
  • the cyclotron 1 has a vacuum vessel 3, di electrodes 5A and 5B (acceleration electrodes), and a magnetic channel 9.
  • the vacuum container 3 is a container for holding the acceleration space of charged particles in a high vacuum state.
  • a pair of magnetic poles 21 and a magnetic pole 23 (see FIG. 2) for forming a magnetic field required for particle acceleration are provided in the vacuum vessel 3.
  • the magnetic poles 21 and 23 have a circular shape in a plan view, and have a shape symmetrical with respect to the median plane which is an acceleration plane. Further, the magnetic poles 21 and 23 are arranged so as to face each other in the vertical direction (direction orthogonal to the paper surface of FIG. 1) with the orbit B of the charged particles interposed therebetween.
  • a coil is arranged around each of the magnetic poles 21 and 23, and a magnetic field is generated between the magnetic poles 21 and 23.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing only the magnetic poles 21 and 23.
  • the magnetic poles 21 and 23 have a columnar shape.
  • the terms "diameter direction” and “circumferential direction” used below mean the radial direction and the circumferential direction of the circle which is the contour shape of the magnetic poles 21 and 23 when viewed from the direction of FIG.
  • On the upper surface of the magnetic pole 21, four spirally curved convex portions 21a and four concave portions 21b are alternately arranged and formed in the circumferential direction.
  • four spirally curved convex portions 23a and four concave portions 23b are alternately arranged and formed in the circumferential direction.
  • the convex portion 21a and the convex portion 23a, and the concave portion 21b and the concave portion 23b are arranged with a gap so as to be plane-symmetric with respect to the median plane.
  • the convex portions 21a and 23a of the magnetic poles 21 and 23 are portions that protrude toward the median plane
  • the concave portions 21b and 23b are portions that are recessed so as to be separated from the median plane.
  • the median plane is a plane on which the orbit B in which the charged particle beam accelerates and travels is located. Strictly speaking, the charged particle beam travels while vibrating in the direction in which the magnetic poles 21 and 23 face each other (vertical direction in FIG. 3).
  • the plane of the vibrating charged particle beam having an approximately median position in the direction in which the magnetic poles 21 and 23 face each other becomes the median plane.
  • the shapes of the convex portions 21a and 23a and the concave portions 21b and 23b are not limited to the spirally curved shape as described above, and may be fan-shaped.
  • a narrow gap hill region 25h sandwiched between the convex portion 21a and the convex portion 23a and a wide gap valley region 25v sandwiched between the concave portion 21b and the concave portion 23b are formed between the magnetic pole 21 and the magnetic pole 23.
  • a spiral orbit B of charged particles is formed on a plane of symmetry with the magnetic poles 21 and 23.
  • the di electrodes 5A and 5B shown in FIG. 3 are a part of the cavity portion 6 that generates an electric field for accelerating charged particles inside the vacuum vessel 3.
  • the di electrodes 5A and 5B are both arranged in the valley region 25v and are arranged so as to face each other in the radial direction.
  • the di electrodes 5A and 5B are formed in a shape that follows the shape of the valley region 25v in a plan view.
  • An inflator 11 is arranged at the center of the magnetic pole 21. The inflator 11 deflects charged particles sent from an ion source (not shown) provided outside or inside the cyclotron 1 and sends them onto the median plane. However, in the case of an internal ion source, the inflator 11 is not provided because charged particles are emitted on the median plane.
  • the electrostatic deflector 90 shown in FIG. 1 has a function of deflecting charged particles orbiting the orbit B in a magnetic field and drawing them out into the extraction orbit.
  • the magnetic channel 9 has a function of further bending the charged particles drawn by the electrostatic deflector 90 outward and a function of converging the charged particles in the horizontal direction.
  • a magnetic channel 9A and a magnetic channel 9B are provided.
  • the magnetic channel 9A is provided inside the de electrode 5A.
  • the magnetic channel 9A is provided at the outer peripheral end of the di-electrode 5A, and is provided at a position corresponding to the outermost peripheral portion of the orbit B.
  • the magnetic channel 9A has both a function of further bending the charged particles drawn by the electrostatic deflector 90 outward and a function of converging the charged particles in the horizontal direction.
  • the magnetic channel 9B is provided in the orbit B of the charged particle so as to be separated from the magnetic channel 9A on the downstream side.
  • the magnetic channel 9B is provided outside the magnetic poles 21 and 23 in a plan view.
  • the magnetic channel 9B is arranged in the wall portion of the vacuum vessel 3.
  • the magnetic channel 9B has a function of horizontally converging charged particles.
  • a magnetic field is generated between the magnetic pole 21 and the magnetic pole 23, and a high-frequency electric field is applied between the di electrodes 5A and 5B and the ground plate 13.
  • the charged particles travel in a spiral orbit B on the median plane while being accelerated.
  • the charged particles that reach the outer peripheral side in the radial direction are separated from the orbit by the electrostatic deflector 90. Further, the charged particles are repeatedly deflected and converged by passing through the introduction gap of the magnetic channel 9A, and are further drawn out through the beam extraction duct while being converged by passing through the introduction gap of the magnetic channel 9B.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the structure around the di electrode 5A.
  • a pair of cavity portions 6 are provided above and below the cyclotron 1 with a passage of the orbit B interposed therebetween.
  • the pair of cavity portions 6 are substantially vertically symmetrical with each other and have the same or equivalent structure. Therefore, in the following, only the structure of the cavity portion 6 located below will be described in order to omit the overlapping description.
  • the cavity portion 6 has a de-electrode 5A to which a high frequency is applied, a ground plate 13, and a stem 17.
  • the ground plate 13 is separated from the D electrode 5A and has a bottomed cup shape for accommodating the D electrode 5A inside, and is fitted in the recess of the yoke 4.
  • the ground plate 13 is made of, for example, oxygen-free copper.
  • the stem 17 extends upward from the bottom surface of the ground plate 13.
  • the de electrode 5A is fixed to the upper end of the stem 17.
  • the di-electrode 5A extends in a plane parallel to the passage of the orbit B, and is located at a position slightly lower than the upper end of the ground plate 13.
  • the upper end edge of the ground plate 13 constitutes the counter dee 19. Further, a gap is provided between the upper end edge of the ground plate 13 and the D electrode 5A, and this gap constitutes an acceleration gap G between the D electrode 5A and the counter D 19. A high-frequency electric field is generated between the de electrode 5A and the counter dee 19 according to the rotation phase of the charged particles on the orbit B. As a result, the charged particles are accelerated each time they pass through the acceleration gap G.
  • FIG. 4 is a plan view showing an end portion on the outer peripheral side of the D electrode 5A.
  • the upper D-electrode 5A is omitted.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV shown in FIG.
  • the magnetic channel 9A is provided on the de electrode 5A via the support structure 30.
  • the support structure 30 includes a pair of support plates 31 (support members) facing each other in the vertical direction, and supports the magnetic channel 9A between the pair of support plates 31.
  • the support plate 31 is extended so as to extend along the circumferential direction at the end portion on the outer peripheral side of the D electrode 5A.
  • the support plate 31 is arranged so as to be within the range of the outer shape of the D electrode 5A in a plan view. That is, the support plate 31 does not have a portion protruding from the die electrode 5A in a plan view. As shown in FIG.
  • the pair of support plates 31 support the second wall portions 42A and 42B of the inner peripheral side magnetic member 40, which will be described later, and both ends of the outer peripheral side magnetic member 50 in the height direction. Support.
  • the surface of the second wall portions 42A and 42B on the opposite side of the support plate 31 is pressed by the pressing plate 32.
  • the support plate 31 is arranged so as to be accommodated in a groove 33 formed near the end portion on the outer peripheral side of the di electrode 5A.
  • the main surface 31a of the support plate 31 opposite to the acceleration plane is supported by the bottom surface 33a of the groove 33.
  • a heat insulating spacer 35 is arranged between the main surface 31a of the support plate 31 and the bottom surface 33a of the groove 33.
  • Alumina 96, PEEK, or the like is adopted as the material of the heat insulating spacer 35.
  • the main surface of the support plate 31 on the acceleration plane side and the main surface of the di electrode 5A on the acceleration plane side are arranged so as to be substantially at the same position in the height direction.
  • the support plate 31 can be attached to the D electrode 5A. As shown in FIG. 5, the support plate 31 is arranged so as to form a gap with the di electrode 5A. A gap is formed between the side surfaces of the support plates 31 facing each other (the surface orthogonal to the main surface 31a) and the side surface of the groove 33 (the surface orthogonal to the bottom surface 33a). As a result, the position of the support plate 31 can be adjusted with respect to the de electrode 5A within the range of the gap. Further, the support plate 31 has a position adjusting portion that allows position adjustment with respect to the D electrode 5A. Specifically, as shown in FIG. 4, the support plate 31 is formed with fixing holes 36 for fixing with bolts at each corner. A bolt is inserted into the fixing hole 36, and the bolt is fixed to the tapped hole of the die electrode 5A. The support plate 31 is fixed to the D electrode 5A by being sandwiched between the head of the bolt and the D electrode 5A.
  • the inner diameter of the fixing hole 36 is set larger than the outer diameter of the shaft portion of the bolt 37. Therefore, by loosening the bolt 37, the support plate 31 can move with respect to the de electrode 5A.
  • the fixing hole 36 corresponds to the position adjusting portion that allows the position adjustment of the support plate 31 with respect to the D electrode 5A.
  • the fixing hole 36 in FIG. 6A allows the position adjustment of the support plate 31 in all directions.
  • the inner diameter of the fixing hole 36 is not particularly limited, but when the central axes of the fixing hole 36 and the bolt 37 are aligned, there is a gap of about 1 to 2 mm between the inner peripheral wall of the fixing hole 36 and the outer peripheral surface of the bolt 37. It is preferable that it is formed.
  • the position adjusting unit may allow the position adjustment in that direction.
  • the fixing hole 36 may have the shape of an elongated hole having a longitudinal direction in the adjusting direction.
  • the adjustment direction include the rotation direction (circumferential direction) of the charged particles and the radial direction.
  • the fixing hole 36 has a shape having a longitudinal direction in the circumferential direction.
  • the magnetic channel 9A includes an inner peripheral side magnetic member 40 and an outer peripheral side magnetic member 50.
  • the inner peripheral side magnetic member 40 is a member that stretches while being curved.
  • the outer peripheral side magnetic member 50 is a member that is arranged on the outer peripheral side in the radial direction in the curved shape with respect to the inner peripheral side magnetic member 40 and extends so as to be curved along the circumferential direction in the curved shape.
  • the outer peripheral side magnetic member 50 is arranged with a radial gap from the inner peripheral side magnetic member 40.
  • the inner peripheral side magnetic member 40 and the outer peripheral side magnetic member 50 are arranged in the di electrode 5A so as to be curved along the circumferential direction of the cyclotron 1 (see FIG. 4).
  • the center position of the magnetic channel 9A with respect to the curved shape is set to a position different from the center position of the cyclotron 1.
  • the "circumferential direction” and “diameter direction” for the magnetic channel 9A will be used as a reference.
  • the direction orthogonal to the radial direction and the circumferential direction is defined as the "height direction”.
  • the inner peripheral side magnetic member 40 and the outer peripheral side magnetic member 50 are made of, for example, a magnetic material such as pure iron or cobalt iron.
  • the inner peripheral side magnetic member 40 is a member having a U-shaped cross section including a first wall portion 41 and a pair of second wall portions 42A and 42B.
  • the first wall portion 41 extends in the circumferential direction and the height direction.
  • the cross-sectional shape of the first wall portion 41 has a rectangular shape extending linearly in the height direction.
  • the first wall portion 41 extends in the circumferential direction while maintaining the cross-sectional shape.
  • the second wall portions 42A and 42B extend from both ends in the height direction of the first wall portion 41 to the inner peripheral side and the circumferential direction in the radial direction.
  • the outer peripheral side magnetic member 50 is composed of a plate-shaped member extending in the height direction and the circumferential direction.
  • the outer peripheral side magnetic member 50 which is a plate-shaped member, includes a pair of stretched portions 51A and 51B, and a plurality of connecting portions 52.
  • the pair of stretched portions 51A and 51B are portions that stretch in the circumferential direction on both end sides in the height direction.
  • the plurality of connecting portions 52 extend in the height direction to connect the pair of extending portions 51A and 51B to each other. Further, the plurality of connecting portions 52 are arranged apart from each other with a gap in the circumferential direction.
  • a penetrating portion 53 is formed between the connecting portion 52 and the connecting portion 52. The penetrating portion 53 penetrates the outer peripheral side magnetic member 50, which is a plate-shaped member, in the radial direction.
  • the stretched portion 51A and the stretched portion 51B are connected by the connecting portion 52, one wall portion is formed by the stretched portion 51A, the connecting portion 52, and the stretched portion 51B.
  • a deflection type Deflect type
  • the stretched portion 51A and the stretched portion 51B are separated from each other at a portion corresponding to the penetrating portion 53.
  • the stretched portion 51A and the stretched portion 51B form two wall portions separated in the height direction.
  • a convergent type (Radial forcing type) magnetic channel is configured.
  • the magnetic channel 9A the connecting portion 52 and the penetrating portion 53 are alternately and repeatedly formed. Therefore, the magnetic channel 9A has a deflection type magnetic channel and a convergence type magnetic channel arranged alternately and repeatedly in one component. Therefore, for the charged particles that have entered the introduction gap of the magnetic channel 9A, the deflection to the outer peripheral side and the convergence in the horizontal direction are alternately and repeatedly performed.
  • the cyclotron 1 includes a cooling unit 60 for the di-electrode (cooling unit for the accelerator) for cooling the di-electrode 5A, and a cooling unit 70 for the magnetic channel for cooling the magnetic channel 9A.
  • the cooling unit 60 for the D electrode includes a pipe 61 arranged in the D electrode 5A and a joint portion 62 for supplying a cooling medium to the pipe 61.
  • the joint portion 62 is provided at a position on the inner peripheral side of the support structure 30.
  • a distribution portion 63A and a merging portion 63B are attached to the joint portion 62.
  • the distribution unit 63A is a joint that distributes the cooling medium to the pipe 61 that cools the di-electrode 5A and the pipe 71 that cools the magnetic channel 9A.
  • the merging portion 63B is a joint that joins the cooling medium from the pipe 61 that cools the de-electrode 5A and the cooling medium from the pipe 71 that cools the magnetic channel 9A.
  • the pipe 61 is arranged between the distribution portion 63A and the merging portion 63B so as to crawl along the vicinity of the outer edge portion of the di-electrode 5A.
  • the pipe 61 is arranged so as not to protrude from the D electrode 5A in a plan view. Further, the pipe 61 is also crawled to a position where it overlaps with the support plate 31 in a plan view.
  • the pipe 61 has a first portion 61a extending from the distribution portion 63A to the support plate 31, a second portion 61b overlapping the support plate 31 in a plan view, and a second portion extending from the support plate 31 to the merging portion 63B. It has a portion 61c of 3.
  • the first portion 61a extends from the distribution portion 63A to the vicinity of the outer edge portion 5a on one side in the circumferential direction of the di-electrode 5A, and extends radially outward along the outer edge portion 5a.
  • the first portion 61a penetrates into the support plate 31 from one end 31b in the circumferential direction of the support plate 31.
  • the second portion 61b extends under the support plate 31 along the circumferential direction and exits the support plate 31 from the inner end portion 31c in the radial direction of the support plate 31.
  • the third portion 61c extends to the vicinity of the outer peripheral edge 5b on the other side in the circumferential direction of the di-electrode 5A, and extends radially inward along the outer edge portion 5a. Then, the third portion 61c is connected to the merging portion 63B.
  • the pipe 61 can cool the D electrode 5A at the place where the heat generated by the D electrode 5A is transferred to the support plate 31.
  • the pipe 61 is arranged in the groove portion 65 formed on the bottom surface 33a of the groove portion 33 in the second portion 61b (see FIG. 5).
  • the pipe 61 is also arranged in the groove formed in the di electrode 5A in the first portion 61a and the third portion 61c.
  • the joint portion 62 is supplied with a cooling medium via a flow path 17a formed in the stem 17.
  • the flow path 17a of the stem 17 is connected to a pump or the like (not shown).
  • the flow path 17a of the stem 17 is formed so as to extend inside the stem 17 along the longitudinal direction of the stem 17.
  • the joint portion 62 is provided at a position corresponding to the end portion of the stem 17.
  • the flow path 62a in the joint portion 62 is communicated with the flow path 17a of the stem 17.
  • the flow path 62a in the joint portion 62 bends from the connection point of the stem 17 with the flow path 17a and extends in the direction in which the di-electrode 5A spreads. As a result, the joint portion 62 can supply the cooling medium to the pipes 61 and 71.
  • the magnetic channel cooling unit 70 includes a joint portion 72A connected to the distribution portion 63A, a joint portion 72B connected to the merging portion 63B, and a pipe 71 having both ends connected to the joint portion 72A and the joint portion 72B. Be prepared.
  • the joint portion 72A supplies the cooling medium from the cooling section 60 for the D electrode to the pipe 71 via the distribution section 63A.
  • the joint portion 72B returns the cooling medium flowing from the pipe 71 to the cooling portion 60 for the D electrode via the confluence portion 63B.
  • the pipe 71 of the magnetic channel cooling unit 70 is provided so as to branch the cooling medium from the di-electrode cooling unit 60.
  • the pipe 71 is stretched in a region surrounded by the pipe 61 of the cooling unit 60 for the D electrode in the region overlapping the D electrode 5A in a plan view.
  • the pipe 71 has a first portion 71a extending from the joint portion 72A to the support plate 31, a second portion 71b overlapping the support plate 31 in a plan view, and a third portion extending from the support plate 31 to the joint portion 72B.
  • the first portion 71a extends radially outward from the joint portion 72A while being partially curved.
  • the first portion 71a enters the support plate 31 from one end 31b in the circumferential direction of the support plate 31.
  • the second portion 71b extends in the support plate 31 along the circumferential direction, and exits the support plate 31 from the inner end portion 31c in the radial direction of the support plate 31.
  • the second portion 71b is pulled out of the end portion 31c of the support plate 31 from the vicinity of the central position in the circumferential direction to the outside of the support plate 31.
  • the third portion 71c extends radially inward while curving. Then, the third portion 71c is connected to the joint portion 72B.
  • the pipe 71 has the second portion 71b, the magnetic channel 9A can be cooled via the support plate 31.
  • the pipe 71 is embedded inside the support plate 31 in the second portion 71b (see FIG. 5).
  • the pipe 71 is also arranged in the groove portion 75 formed in the di electrode 5A in the first portion 71a and the third portion 71c (see FIG. 8B).
  • the joint portions 72A and 72B and the pipe 71 are all arranged in the region inside the di electrode 5A in a plan view. That is, the magnetic channel cooling unit 70 is arranged in a region inside the de electrode 5A in a plan view.
  • the pipe 71 does not have a portion that protrudes from the outer edge of the de-electrode 5A and affects the electric field of the acceleration gap G (see FIG. 3).
  • the pipe 71 can be removed from the di electrode 5A together with the support plate 31. That is, the magnetic channel 9A, the support plate 31, and the magnetic channel cooling unit 70 can be handled as one unit.
  • the joint portions 72A and 72B are removed from the distribution portion 62A and the confluence portion 62B and the bolt 37 (see FIG. 6) is removed from the de electrode 5A, the magnetic channel 9A, the support plate 31, and the magnetic channel cooling portion 70 are simultaneously deelectrodeed. It can be removed from 5A. At this time, the ends of the first portion 71a and the third portion 71c of the pipe 71 are supported by the support plate 31.
  • the magnetic channel 9A, the support plate 31, and the magnetic channel cooling unit 70 can be assembled to the de electrode 5A at the same timing.
  • the support plate 31 is housed in the groove 33, and the first portion 71a and the third part 71c of the pipe 71 are housed in the groove 75 of the di electrode 5A.
  • the width of the groove portion 75 is set to be larger than the outer diameter of the pipe 71, and the position of the pipe 71 is set so as to be adjustable in the groove portion 75.
  • a gap is formed between the pipe 71 and the side surface 75a of the groove portion 75. Therefore, when the position of the support plate 31 is adjusted in the groove 33, the pipe 71 can move in the groove 75 in accordance with the position adjustment of the support plate 31.
  • a bolt 37 (see FIG. 6) is inserted into the fixing hole 36 to fix the support plate 31 to the de electrode 5A. Then, the joint portions 72A and 72B are connected to the distribution portion 62A and the merging portion 62B. At the time of maintenance or the like, loosen only the bolt 37 (see FIG. 6) of the support plate 31, and adjust the position of the support plate 31 with the joint portions 72A and 72B connected to the distribution portion 62A and the merging portion 62B. May be done.
  • the cyclotron 1 includes a de-electrode 5A, a magnetic channel 9A provided on the de-electrode 5A, a support plate 31 for supporting the magnetic channel 9A, and a magnetic channel cooling unit 70 for cooling the magnetic channel 9A.
  • the magnetic channel cooling unit 70 is provided on the support plate 31, and cools the magnetic channel 9A via the support plate 31.
  • the magnetic channel 9A is provided on the de electrode 5A in a state of being supported by the support plate 31.
  • the magnetic channel cooling unit 70 for cooling the magnetic channel 9A is provided on the support plate 31. That is, the magnetic channel cooling unit 70 can cool the magnetic channel 9A via the support plate 31. In this way, the magnetic channel cooling unit 70 is provided on the support plate 31 instead of being directly provided on the magnetic channel 9A, so that the magnetic channel 9A can be provided in a state where structural and functional restrictions are reduced. Can be cooled. From the above, the magnetic channel 9A can be appropriately cooled. For example, when a cooling unit that directly cools the magnetic channel 9A is provided without going through the support plate 31, the arrangement may interfere with other members in the vicinity of the di electrode 5A or affect the acceleration performance of the cyclotron 1. May become.
  • the support plate 31 can be attached to the D electrode, a gap is formed between the support plate 31 and the D electrode 5A, and the position of the support plate 31 can be adjusted with respect to the D electrode 5A. In this case, the position of the magnetic channel 9A can be adjusted via the support plate 31.
  • the D electrode 5A is provided with a D electrode cooling unit 60
  • the magnetic channel cooling unit 70 has a pipe 71 for circulating a cooling medium
  • the pipe 71 of the magnetic channel cooling unit 70 cools the D electrode. It is provided so as to branch the cooling medium from the unit 60.
  • the magnetic channel cooling unit 70 can use the cooling medium used in the di-electrode cooling unit 60. Therefore, it is possible to prevent the magnetic channel cooling unit 70 from becoming large.
  • the support plate 31 has a fixing hole 36 which is a position adjusting portion which can be attached to the D electrode 5A and allows position adjustment with respect to the D electrode 5A. As a result, even if the position of the magnetic channel 9A with respect to the de electrode 5A is displaced due to the influence of thermal expansion or the like, the position of the support plate 31 is adjusted by the position adjusting portion to align the magnetic channel 9A. be able to.
  • the magnetic channel cooling unit 70 has a pipe 71 that is pulled out from the support plate 31 and circulates the cooling medium, and the pipe 71 can be removed from the de electrode 5A together with the support plate 31.
  • the pipe 71 of the magnetic channel cooling unit 70 can also be removed from the D electrode 5A at the same time. Therefore, as the position of the support plate 31 is adjusted, the position of the pipe 71 of the magnetic channel cooling unit 70 can also be made to follow the support plate 31.
  • the cyclotron 1 includes a de-electrode 5A, a magnetic channel 9A provided on the de-electrode 5A, and a magnetic channel cooling unit 70 for cooling the magnetic channel 9A. In a plan view, it is arranged in a region inside the di electrode 5A.
  • the magnetic channel 9A includes a magnetic channel cooling unit 70 that cools the magnetic channel 9A. Therefore, the magnetic channel 9A can be cooled by the magnetic channel cooling unit 70.
  • the magnetic channel cooling unit 70 is arranged in a region inside the de electrode 5A in a plan view. That is, although a magnetic field is formed in a region outside the de electrode 5A in a plan view, the magnetic channel cooling unit 70 cools the magnetic channel 9A in a state where the influence on the magnetic field is suppressed. be able to. From the above, the magnetic channel 9A can be appropriately cooled.
  • the present disclosure is not limited to the above embodiment, and may be modified without changing the gist described in each claim.
  • the spiral orbit B of the charged particle beam is described as being on a horizontal plane, but the cyclotron of the present disclosure is arranged so that the orbit B is on a vertical plane. May be good.
  • the pipe 71 does not have to be provided inside the support plate 31.
  • the pipe 71 may be configured to come into contact with the outer surface of the support plate 31.
  • the pipe 71 may go under the support plate 31 and come into contact with the lower surface of the support plate 31.
  • the magnetic channel cooling unit 70 may cool the magnetic channel 9A without passing through the support plate 31.
  • the accelerator in which the configuration of the present disclosure is adopted is not necessarily limited to the cyclotron, and may be adopted in other accelerators such as a synchrotron.
  • Cyclotron (accelerator), 5A, 5B ... D electrode (acceleration electrode), 9A ... Magnetic channel, 31 ... Support plate (support member), 36 ... Fixing hole (position adjustment part), 60 ... D electrode cooling part ( Accelerator cooling unit), 70 ... Magnetic channel cooling unit (cooling unit), 71 ... Piping.

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Abstract

加速電極と、加速電極に設けられたマグネティックチャンネルと、マグネティックチャンネルを支持する支持部材と、マグネティックチャンネルを冷却する冷却部と、を備え、冷却部は、支持部材に設けられており、当該支持部材を介してマグネティックチャンネルを冷却する、加速器。

Description

加速器、及びサイクロトロン
　本開示は、加速器、及びサイクロトロンに関するものである。
　従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載の加速器が知られている。この加速器では、イオン源から送られてきた荷電粒子は、一対の磁極間において、キャビティーによって形成される電場で加速される。加速器では、荷電粒子は十分に加速された後、マグネティックチャンネル及び静電デフレクタを通過することで引き出される。
特開２０１４－１６０６１３号公報
　ここで、ディ電極はキャビティー内のマイクロ波のエネルギーロスの影響によって発熱する。マグネティックチャンネルは、ディ電極に設けられる部材である。従って、ディ電極で発生した熱がマグネティックチャンネルに伝達される場合がある。また、マグネティックチャンネルには、ビームの衝突による入熱の影響もある。この場合、ディ電極及びマグネティックチャネルの熱膨張によってマグネティックチャンネルの位置精度に影響が及ぼされることがあった。従って、マグネティックチャンネルを冷却することが求められていたが、上述の加速器では、マグネティックチャンネルを適切に冷却することができないという問題があった。
　上記の問題に鑑み、本開示は、マグネティックチャンネルを適切に冷却することができる加速器、及びサイクロトロンを提供することを目的とする。
　本開示の一形態に係る加速器は、加速電極と、加速電極に設けられたマグネティックチャンネルと、マグネティックチャンネルを支持する支持部材と、マグネティックチャンネルを冷却する冷却部と、を備え、冷却部は、支持部材に設けられており、当該支持部材を介してマグネティックチャンネルを冷却する。
　この加速器では、マグネティックチャンネルは、支持部材によって支持された状態で加速電極に設けられている。マグネティックチャンネルを冷却する冷却部は、支持部材に設けられている。すなわち、冷却部は、支持部材を介してマグネティックチャンネルを冷却することができる。このように、冷却部が、マグネティックチャンネルに直接設けられることに代えて、支持部材に設けられることで、構造上や機能上の制約を低減した状態で、マグネティックチャンネルを冷却することができる。以上より、マグネティックチャンネルを適切に冷却することができる。
　支持部材は、加速電極に対して取り付け可能であり、支持部材と加速電極との間に隙間が形成され、支持部材は加速電極に対して位置調整可能であってよい。この場合、支持部材を介してマグネティックチャンネルの位置調整が可能となる。
　加速電極には、加速電極用冷却部が設けられ、冷却部は、冷却媒体を流通させる配管を有し、冷却部の配管は、加速電極用冷却部から冷却媒体を分岐させるように設けられてよい。これにより、冷却部は、加速電極用冷却部で用いられている冷却媒体を流用することができる。従って、冷却部が大型化することを抑制できる。
　支持部材は、加速電極に対して取り付け可能であり、且つ、当該加速電極に対する位置調整を許容する位置調整部を有する。これにより、熱膨張の影響などによって加速電極に対するマグネティックチャンネルの位置がずれた場合であっても、位置調整部によって支持部材の位置調整を行うことで、マグネティックチャンネルの位置合わせをすることができる。
　冷却部は、支持部材から引き出され、冷却媒体を流通させる配管を有し、配管は、支持部材と共に加速電極から取り外し可能であってよい。この場合、支持部材を加速電極から取り外して位置調整を行うとき、冷却部の配管も同時に加速電極から取り外すことができる。従って、支持部材の位置調整に伴って、冷却部の配管の位置も支持部材に追従させることができる。
　本開示の一形態に係るサイクロトロンは、ディ電極と、ディ電極に設けられたマグネティックチャンネルと、マグネティックチャンネルを冷却する冷却部と、を備え、冷却部は、平面視において、ディ電極よりも内側の領域に配置されている。
　このサイクロトロンにおいて、マグネティックチャンネルは、マグネティックチャンネルを冷却する冷却部を備える。従って、マグネティックチャンネルは、冷却部によって冷却可能となる。ここで、冷却部は、平面視において、ディ電極よりも内側の領域に配置されている。以上より、マグネティックチャンネルを適切に冷却することができる。
　本開示によれば、マグネティックチャンネルを適切に冷却することができる加速器を提供することができる。
本開示に係るサイクロトロンの内部の平面図である。 図１のサイクロトロンが備える一対の磁極の模式図である。 ディ電極周辺の構造を模式的に示した断面図である。 ディ電極の外周側の端部を示す平面図である。 図４に示すＶ－Ｖ線に沿った断面図である。 位置調整部である固定孔の形状を示す平面拡大図である。 ステムと継手部との間の流路構造を示す概略断面図である。 （a）は、ディ電極から取り外したマグネティックチャンネル用冷却部の様子を示し、（ｂ）は、ディ電極の溝部に収容された配管の様子を示す拡大断面図である。
　以下、図面を参照しつつ本開示に係る加速器の実施形態について詳細に説明する。本実施形態では、加速器としてサイクロトロン１を例示する。なお、図1に示される本実施形態のサイクロトロン１では、荷電粒子の螺旋状の周回軌道Ｂが水平面上にあるものとする。
　図１に示されるように、サイクロトロン１は、真空容器３、ディ電極５Ａ，５Ｂ（加速電極）、及びマグネティックチャンネル９を有する。真空容器３は、荷電粒子の加速空間を高真空状態に保持するための容器である。真空容器３内には、粒子加速に必要な磁場を形成するための一対の磁極２１及び磁極２３（図２参照）が設けられている。磁極２１，２３は、平面視で円形をなし、加速平面であるメディアンプレーンに対して上下面対称の形状を成している。また、磁極２１，２３は、荷電粒子の周回軌道Ｂを挟んで、上下方向（図１の紙面に直交する方向）に対面して配置されている。磁極２１，２３のそれぞれの周囲にコイルが配置され、磁極２１と磁極２３との間に磁場が発生される。
　図２は、磁極２１，２３のみを模式的に示す斜視図である。図に示されるように、磁極２１，２３は円柱状をなしている。以下で用いる「径方向」及び「周方向」との文言は、図１の方向から見た磁極２１，２３の輪郭形状である円の径方向及び周方向を意味するものとする。磁極２１の上面には、螺旋状に湾曲した４つの凸部２１ａと、４つの凹部２１ｂとが、周方向に交互に配列され形成されている。そして、磁極２３の下面にも、螺旋状に湾曲した４つの凸部２３ａと、４つの凹部２３ｂとが、周方向に交互に配列され形成されている。凸部２１ａと凸部２３ａ、凹部２１ｂと凹部２３ｂは、互いにメディアンプレーンに対して面対称をなすようにギャップをあけて配置されている。なお、ここで磁極２１，２３の凸部２１ａ，２３ａとは、メディアンプレーンに向けて突出している部分であり、凹部２１ｂ，２３ｂとは、メディアンプレーンから離れるように凹んでいる部分である。また、メディアンプレーンとは、荷電粒子ビームが加速して進行する周回軌道Ｂが位置する平面である。厳密には、荷電粒子ビームは、磁極２１，２３が対向する方向（図３における上下方向）に振動しながら進行する。従って、振動する荷電粒子ビームの、磁極２１，２３が対向する方向の位置のおよそ中央値を取った平面がメディアンプレーンとなる。なお、凸部２１ａ，２３ａ及び凹部２１ｂ，２３ｂの形状は、上記のような螺旋状に湾曲した形状に限られず、扇形であってもよい。
　磁極２１と磁極２３との間には、凸部２１ａと凸部２３ａとで挟まれた狭いギャップのヒル領域２５ｈと、凹部２１ｂと凹部２３ｂとで挟まれた広いギャップのバレー領域２５ｖとが形成されている。磁極２１，２３との対称面上に、荷電粒子の螺旋状の周回軌道Ｂが形成される。
　図３に示すディ電極５Ａ，５Ｂは、真空容器３の内部で荷電粒子を加速するための電場を発生させるキャビティー部６の一部である。ディ電極５Ａ，５Ｂは、両方ともバレー領域２５ｖに配置され、互いに径方向に対向するように配置されている。ディ電極５Ａ，５Ｂは、平面視でバレー領域２５ｖの形状に沿った形状に形成されている。磁極２１の中心部には、インフレクタ１１が配置される。インフレクタ１１は、サイクロトロン１の外部又は内部に設けられたイオン源（図示せず）から送られてきた荷電粒子を偏向して、メディアンプレーン上に送る。ただし、内部イオン源の場合、メディアンプレーン上に荷電粒子が出るため、インフレクタ１１は設けられない。
　図1に示す静電デフレクタ９０は、磁場中で周回軌道Ｂを周回する荷電粒子を偏向させて、引出軌道に引き出す機能を有する。マグネティックチャンネル９は、静電デフレクタ９０で引き出された荷電粒子を更に外に曲げる機能と、荷電粒子を水平方向に収束する機能を有している。マグネティックチャンネル９として、マグネティックチャンネル９Ａ、及びマグネティックチャンネル９Ｂが設けられている。
　マグネティックチャンネル９Ａは、ディ電極５Ａの内部に設けられる。マグネティックチャンネル９Ａは、ディ電極５Ａの外周側の端部に設けられており、周回軌道Ｂの最外周部に対応する位置に設けられている。マグネティックチャンネル９Ａは、静電デフレクタ９０で引き出された荷電粒子を更に外に曲げる機能と、荷電粒子を水平方向に収束する機能の両方を有している。マグネティックチャンネル９Ｂは、荷電粒子の周回軌道Ｂにおいて、マグネティックチャンネル９Ａから下流側へ離間して設けられている。マグネティックチャンネル９Ｂは、平面視において磁極２１，２３の外側に設けられる。マグネティックチャンネル９Ｂは、真空容器３の壁部内に配置される。マグネティックチャンネル９Ｂは、荷電粒子を水平方向に収束する機能を有する。
　サイクロトロン１では、磁極２１と磁極２３との間に磁場を発生させると共に、ディ電極５Ａ，５Ｂとアース板１３の間で高周波電場が付与される。これにより、荷電粒子が、加速されつつ、メディアンプレーン上の螺旋状の周回軌道Ｂを進行する。径方向の外周側に達した荷電粒子は、静電デフレクタ９０で周回軌道から分けられる。また、荷電粒子は、マグネティックチャンネル９Ａの導入ギャップを通過することで、偏向と収束を繰り返し、更にマグネティックチャンネル９Ｂの導入ギャップを通過することで収束されながら、ビーム引出ダクトを通じて外部に引き出される。
　図３を参照して、ディ電極５Ａ周辺の構成について更に詳細に説明する。図３はディ電極５Ａ周辺の構造を模式的に示した断面図である。図３に示すように、サイクロトロン１には、一対のキャビティー部６が周回軌道Ｂの通路を挟んで上下に設けられている。一対のキャビティー部６は、互いにほぼ上下対称で同一又は同等の構造を有している。よって以下では、重複する説明を省略すべく、下方に位置するキャビティー部６の構造についてのみ説明する。
　キャビティー部６は、高周波が印加されるディ電極５Ａとアース板１３、ステム１７とを有している。アース板１３は、ディ電極５Ａと離間し、ディ電極５Ａを内部に収容する有底のカップ状をなしており、ヨーク４の凹部に嵌め込まれている。アース板１３は、例えば無酸素銅からなる。アース板１３の底面から上方に向けてステム１７が延びている。ディ電極５Ａはステム１７の上端に固定されている。ディ電極５Ａは、周回軌道Ｂの通路に平行な平面内に延びており、アース板１３の上端よりもやや低い位置に位置している。
　アース板１３の上端縁部はカウンターディー１９を構成している。また、アース板１３の上端縁部とディ電極５Ａとの間には間隙が設けられており、この間隙が、ディ電極５Ａとカウンターディー１９との間の加速ギャップＧを構成している。ディ電極５Ａとカウンターディー１９との間に、周回軌道Ｂ上の荷電粒子の回転位相に応じた高周波電場が発生する。これにより、荷電粒子が加速ギャップＧを通過する毎に加速される。
　次に、図４及び図５を参照して、マグネティックチャンネル９Ａ周辺の具体的な構成について説明する。図４は、ディ電極５Ａの外周側の端部を示す平面図である。図４では、上下方向に対向する一対のディ電極５Ａのうち、上側のディ電極５Ａが省略されている。図５は、図４に示すＶ－Ｖ線に沿った断面図である。
　図４に示すように、マグネティックチャンネル９Ａは、支持構造３０を介してディ電極５Ａに設けられている。支持構造３０は、上下方向に対向する一対の支持板３１（支持部材）を備えており、一対の支持板３１間にマグネティックチャンネル９Ａを支持している。支持板３１は、ディ電極５Ａの外周側の端部において、周方向に沿って延びるように延伸している。支持板３１は、平面視において、ディ電極５Ａの外形の範囲内に収まるように配置されている。すなわち、支持板３１は、平面視において、ディ電極５Ａからはみ出す部分を有していない。図５に示すように、一対の支持板３１は、後述の内周側磁性部材４０の第２の壁部４２Ａ，４２Ｂをそれぞれ支持し、且つ、外周側磁性部材５０の高さ方向の両端部を支持する。なお、第２の壁部４２Ａ，４２Ｂは、押さえ板３２によって、支持板３１の反対側の面を押さえられている。
　支持板３１は、ディ電極５Ａの外周側の端部付近に形成された溝部３３に収容されるように配置されている。支持板３１の加速平面と反対側の主面３１ａは、溝部３３の底面３３ａに支持される。支持板３１の主面３１ａと溝部３３の底面３３ａとの間には、断熱スペーサ３５が配置される。断熱スペーサ３５の材質として、アルミナ９６、ＰＥＥＫなどが採用される。これにより、ディ電極５Ａの熱がマグネティックチャンネル９Ａへ伝達されることが抑制される。なお、支持板３１の加速平面側の主面と、ディ電極５Ａの加速平面側の主面は、高さ方向において略同位置となるように配置される。
　支持板３１は、ディ電極５Ａに対して取り付け可能である。図５に示すように、支持板３１は、ディ電極５Ａとの間で隙間を形成するように配置される。互いに対向する支持板３１の側面（主面３１ａと直交する面）と溝部３３の側面（底面３３ａと直交する面）との間には隙間が形成される。これにより、当該隙間の範囲で、支持板３１をディ電極５Ａに対して位置調整することが可能となっている。また、支持板３１は、ディ電極５Ａに対する位置調整を許容する位置調整部を有する。具体的には、図４に示すように、支持板３１には、各角部にボルトで固定するための固定孔３６が形成されている。当該固定孔３６にはボルトが挿通され、当該ボルトがディ電極５Ａのタップ穴に固定される。支持板３１は、ボルトの頭部とディ電極５Ａに挟まれることで、ディ電極５Ａに固定される。
　ここで、図６（ａ）に示すように、固定孔３６の内径は、ボルト３７の軸部の外径に比して大きく設定されている。従って、ボルト３７を緩めることで、支持板３１は、ディ電極５Ａに対して移動が可能となる。このように、固定孔３６は、ディ電極５Ａに対する支持板３１の位置調整を許容する位置調整部に該当する。図６（ａ）の固定孔３６は、全方向への支持板３１の位置調整を許容する。固定孔３６の内径は特に限定されないが、固定孔３６とボルト３７とで中心軸を合わせたとき、固定孔３６の内周壁とボルト３７の外周面との間に、1～２ｍｍ程度の隙間が形成される事が好ましい。これにより、熱の影響などによって支持板３１とディ電極５Ａとの位置がずれた場合でも、支持板３１の位置調整を行うことが可能となる。なお、特定の方向に位置ずれが起きやすい場合は、位置調整部は、当該方向における位置調整を許容してもよい。例えば、図６（ｂ）に示すように、固定孔３６が、調整方向へ長手方向を有する長孔の形状を有していてよい。なお、調整方向としては、例えば、荷電粒子の回転方向（周方向）、及び径方向などが挙げられる。周方向への調整代を大きく取りたい場合は、固定孔３６は、周方向へ長手方向を有するような形状となる。
　マグネティックチャンネル９Ａは、内周側磁性部材４０と、外周側磁性部材５０と、を備える。内周側磁性部材４０は、湾曲しながら延伸する部材である。外周側磁性部材５０は、内周側磁性部材４０よりも湾曲形状における径方向の外周側に配置され、湾曲形状における周方向に沿って湾曲するように延伸する部材である。外周側磁性部材５０は、内周側磁性部材４０に対して径方向に隙間を空けて配置される。なお、内周側磁性部材４０及び外周側磁性部材５０は、サイクロトロン１の周方向に沿って湾曲するように、ディ電極５Ａ内に配置される（図４参照）。ただし、マグネティックチャンネル９Ａの湾曲形状に対する中心位置は、サイクロトロン１の中心位置とは異なる位置に設定される。以降の説明では、マグネティックチャンネル９Ａにとっての「周方向」「径方向」を基準として説明する。また、径方向及び周方向に対して直交する方向を「高さ方向」とする。内周側磁性部材４０及び外周側磁性部材５０は、例えば、純鉄、コバルト鉄などの磁性材料によって構成される。
　内周側磁性部材４０は、第１の壁部４１と、一対の第２の壁部４２Ａ，４２Ｂと、を備えた断面コ字状の部材である。第１の壁部４１は、周方向及び高さ方向に広がる。第１の壁部４１の断面形状は、高さ方向に直線状に延伸する長方形の形状を有する。第１の壁部４１は、当該断面形状を維持した状態で周方向へ延伸する。第２の壁部４２Ａ，４２Ｂは、第１の壁部４１の高さ方向における両端から、径方向における内周側及び周方向へ広がる。
　外周側磁性部材５０は、高さ方向及び周方向に広がる板状部材によって構成される。板状部材である外周側磁性部材５０は、一対の延伸部５１Ａ，５１Ｂと、複数の連結部５２と、を備える。一対の延伸部５１Ａ，５１Ｂは、高さ方向の両端側において周方向に延伸する部分である。複数の連結部５２は、高さ方向に延伸して一対の延伸部５１Ａ，５１Ｂ同士を連結する。また、複数の連結部５２は、周方向に互いに隙間を空けて離間して配置される。連結部５２と連結部５２との間には貫通部５３が形成される。貫通部５３は、板状部材である外周側磁性部材５０を径方向に貫通する。
　延伸部５１Ａと延伸部５１Ｂとは、連結部５２で連結されるため、延伸部５１Ａ、連結部５２、及び延伸部５１Ｂによって一枚の壁部が構成される。このように、外周側の一枚の壁部と、第１の壁部４１による内周側の一枚の壁部が径方向に対向することで、荷電粒子を偏向させる偏向タイプ（Ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ｔｙｐｅ）のマグネティックチャンネルが構成される。また、貫通部５３に対応する箇所では延伸部５１Ａと延伸部５１Ｂとが互いに離間する。延伸部５１Ａ、及び延伸部５１Ｂによって高さ方向に離間した二枚の壁部が構成される。このように、外周側の二枚の壁部と、第１の壁部４１による内周側の一枚の壁部とが径方向に離間するように配置されることで、荷電粒子を収束させる収束タイプ（Ｒａｄｉａｌ　ｆｏｒｃｕｓｉｎｇ　ｔｙｐｅ）のマグネティックチャンネルが構成される。上述のように、マグネティックチャンネル９Ａでは、連結部５２と貫通部５３が交互に繰り返し形成される。従って、マグネティックチャンネル９Ａは、交互に繰り返し配置された偏向タイプのマグネティックチャンネルと収束タイプのマグネティックチャンネルを一部品の中で有することとなる。従って、マグネティックチャンネル９Ａの導入ギャップに入り込んだ荷電粒子に対して、外周側への偏向と、水平方向の収束とが交互に繰り返し行われる。
　図４に示すように、サイクロトロン１は、ディ電極５Ａを冷却するディ電極用冷却部６０（加速器用冷却部）と、マグネティックチャンネル９Ａを冷却するマグネティックチャンネル用冷却部７０と、を備える。
　ディ電極用冷却部６０は、ディ電極５Ａ内に配置された配管６１と、配管６１に冷却媒体を供給する継手部６２と、を備える。継手部６２は、支持構造３０よりも内周側の位置に設けられる。また、継手部６２には、分配部６３Ａ及び合流部６３Ｂが取り付けられる。分配部６３Ａは、ディ電極５Ａを冷却する配管６１と、マグネティックチャンネル９Ａを冷却する配管７１とに冷却媒体を分配する継手である。合流部６３Ｂは、ディ電極５Ａを冷却する配管６１からの冷却媒体と、マグネティックチャンネル９Ａを冷却する配管７１からの冷却媒体とを合流させる継手である。
　配管６１は、分配部６３Ａと合流部６３Ｂとの間で、ディ電極５Ａの外縁部付近に沿って這い回されるように配置される。配管６１は、平面視において、ディ電極５Ａからはみ出ないように配置される。また、配管６１は、平面視において支持板３１と重なる位置にも這い回される。具体的には、配管６１は、分配部６３Ａから支持板３１へ延びる第１の部分６１ａと、平面視において支持板３１と重なる第２の部分６１ｂと、支持板３１から合流部６３Ｂへ延びる第３の部分６１ｃと、を有する。第１の部分６１ａは、分配部６３Ａからディ電極５Ａの周方向の一方側の外縁部５ａ付近まで延びると共に当該外縁部５ａに沿って径方向外側へ延びる。第１の部分６１ａは、支持板３１の周方向における一方側の端部３１ｂから、当該支持板３１へもぐり込む。第２の部分６１ｂは、支持板３１下を周方向に沿って延びて、支持板３１の径方向の内側の端部３１ｃから当該支持板３１外へ出る。第３の部分６１ｃは、ディ電極５Ａの周方向の他方側の外周縁５ｂ付近まで延びると共に当該外縁部５ａに沿って径方向内側へ延びる。そして、第３の部分６１ｃは、合流部６３Ｂに接続される。
　このように第２の部分６１ｂを有することで、ディ電極５Ａで発生した熱が支持板３１へ伝達される箇所で、配管６１がディ電極５Ａを冷却することができる。配管６１は、第２の部分６１ｂにおいて、溝部３３の底面３３ａに形成された溝部６５に配置されている（図５参照）。配管６１は、第１の部分６１ａ及び第３の部分６１ｃにおいても、ディ電極５Ａに形成された溝部に配置されている。
　図７に示すように、継手部６２は、ステム１７に形成された流路１７ａを介して冷却媒体を供給される。ステム１７の流路１７ａは、図示されないポンプ等に接続されている。ステム１７の流路１７ａは、ステム１７の長手方向に沿ってステム１７内部を延びるように形成されている。継手部６２は、ステム１７の端部と対応する位置に設けられている。継手部６２内の流路６２ａは、ステム１７の流路１７ａと連通されている。継手部６２内の流路６２ａは、ステム１７の流路１７ａとの接続箇所から屈曲し、ディ電極５Ａが広がる方向へ延びる。これにより、継手部６２は、配管６１、７１へ冷却媒体を供給することができる。
　マグネティックチャンネル用冷却部７０は、分配部６３Ａに接続された継手部７２Ａと、合流部６３Ｂに接続された継手部７２Ｂと、継手部７２Ａ及び継手部７２Ｂに両端が接続された配管７１と、を備える。継手部７２Ａは、分配部６３Ａを介してディ電極用冷却部６０からの冷却媒体を配管７１へ供給する。継手部７２Ｂは、配管７１から流れてきた冷却媒体を合流部６３Ｂを介してディ電極用冷却部６０へ戻す。このように、マグネティックチャンネル用冷却部７０の配管７１は、ディ電極用冷却部６０から冷却媒体を分岐させるように設けられる。
　配管７１は、平面視において、ディ電極５Ａと重なる領域のうち、ディ電極用冷却部６０の配管６１で囲まれる領域内にて、張り巡らされている。具体的に、配管７１は、継手部７２Ａから支持板３１へ延びる第１の部分７１ａと、平面視において支持板３１と重なる第２の部分７１ｂと、支持板３１から継手部７２Ｂへ延びる第３の部分７１ｃと、を有する。第１の部分７１ａは、部分的に湾曲しながら継手部７２Ａから径方向外側へ向かって延びる。第１の部分７１ａは、支持板３１の周方向における一方側の端部３１ｂから、当該支持板３１内へ入り込む。第２の部分７１ｂは、支持板３１内を周方向に沿って延びて、支持板３１の径方向の内側の端部３１ｃから当該支持板３１外へ出る。第２の部分７１ｂは、支持板３１の端部３１ｃのうち、周方向における中央位置付近から、支持板３１外へ引き出される。第３の部分７１ｃは、湾曲しながら径方向内側へ向かって延びる。そして、第３の部分７１ｃは、継手部７２Ｂに接続される。
　このように、配管７１は、第２の部分７１ｂを有することで、支持板３１を介してマグネティックチャンネル９Ａを冷却することができる。配管７１は、第２の部分７１ｂにおいて、支持板３１の内部に埋め込まれている（図５参照）。配管７１は、第１の部分７１ａ及び第３の部分７１ｃにおいても、ディ電極５Ａに形成された溝部７５に配置されている（図８（ｂ）参照）。
　上述のように、継手部７２Ａ，７２Ｂ及び配管７１は、いずれも平面視においてディ電極５Ａよりも内側の領域に配置されている。すなわち、マグネティックチャンネル用冷却部７０は、平面視において、ディ電極５Ａよりも内側の領域に配置されている。配管７１は、ディ電極５Ａの外縁部からはみ出て、加速ギャップＧ（図３参照）の電場に影響を及ぼすような部分を有していない。
　図８（ａ）に示すように、配管７１は、支持板３１と共にディ電極５Ａから取り外し可能である。すなわち、マグネティックチャンネル９Ａ、支持板３１、及びマグネティックチャンネル用冷却部７０は、一つのユニットとして取り扱い可能である。継手部７２Ａ，７２Ｂを分配部６２Ａ及び合流部６２Ｂから取り外し、ボルト３７（図６参照）をディ電極５Ａから外すと、マグネティックチャンネル９Ａ、支持板３１、及びマグネティックチャンネル用冷却部７０を同時にディ電極５Ａから取り外すことができる。このとき、配管７１の第１の部分７１ａ及び第３の部分７１ｃは、支持板３１によって端部を支持された状態となる。
　また、マグネティックチャンネル９Ａ、支持板３１、及びマグネティックチャンネル用冷却部７０は、ディ電極５Ａに対して同じタイミングで組み付け可能である。このとき、支持板３１を溝部３３に収容すると共に、配管７１の第１の部分７１ａ及び第３の部分７１ｃをディ電極５Ａの溝部７５に収容する。溝部７５の幅は、配管７１の外径よりも大きく設定されており、当該溝部７５内で配管７１の位置を調整可能に設定されている。配管７１と溝部７５の側面７５ａとの間には隙間が形成されている。従って、溝部３３内で支持板３１の位置調整をするときに、配管７１は、支持板３１の位置調整に合わせて溝部７５内を幅方向に移動できる。支持板３１の位置が決まったら、固定孔３６にボルト３７（図６参照）を挿入して支持板３１をディ電極５Ａに固定する。そして、継手部７２Ａ，７２Ｂを分配部６２Ａ及び合流部６２Ｂに接続する。なお、メンテナンスの際などには、支持板３１のボルト３７（図６参照）だけを緩め、継手部７２Ａ、７２Ｂが分配部６２Ａ及び合流部６２Ｂに接続された状態で、支持板３１の位置調整を行ってもよい。
　次に、本実施形態に係るサイクロトロン１の作用・効果について説明する。
　本実施形態に係るサイクロトロン１は、ディ電極５Ａと、ディ電極５Ａに設けられたマグネティックチャンネル９Ａと、マグネティックチャンネル９Ａを支持する支持板３１と、マグネティックチャンネル９Ａを冷却するマグネティックチャンネル用冷却部７０と、を備え、マグネティックチャンネル用冷却部７０は、支持板３１に設けられており、当該支持板３１を介してマグネティックチャンネル９Ａを冷却する。
　このサイクロトロン１では、マグネティックチャンネル９Ａは、支持板３１によって支持された状態でディ電極５Ａに設けられている。マグネティックチャンネル９Ａを冷却するマグネティックチャンネル用冷却部７０は、支持板３１に設けられている。すなわち、マグネティックチャンネル用冷却部７０は、支持板３１を介してマグネティックチャンネル９Ａを冷却することができる。このように、マグネティックチャンネル用冷却部７０が、マグネティックチャンネル９Ａに直接設けられることに代えて、支持板３１に設けられることで、構造上や機能上の制約を低減した状態で、マグネティックチャンネル９Ａを冷却することができる。以上より、マグネティックチャンネル９Ａを適切に冷却することができる。例えば、支持板３１を介することなく、マグネティックチャンネル９Ａを直接冷却するような冷却部を設ける場合、ディ電極５Ａ付近の他の部材と干渉したり、サイクロトロン１の加速性能に影響を及ぼし得る配置になる場合がある。
　支持板３１は、ディ電極に対して取り付け可能であり、支持板３１とディ電極５Ａとの間に隙間が形成され、支持板３１はディ電極５Ａに対して位置調整可能である。この場合、支持板３１を介してマグネティックチャンネル９Ａの位置調整が可能となる。
　ディ電極５Ａには、ディ電極用冷却部６０が設けられ、マグネティックチャンネル用冷却部７０は、冷却媒体を流通させる配管７１を有し、マグネティックチャンネル用冷却部７０の配管７１は、ディ電極用冷却部６０から冷却媒体を分岐させるように設けられている。これにより、マグネティックチャンネル用冷却部７０は、ディ電極用冷却部６０で用いられている冷却媒体を流用することができる。従って、マグネティックチャンネル用冷却部７０が大型化することを抑制できる。
　支持板３１は、ディ電極５Ａに対して取り付け可能であり、且つ、当該ディ電極５Ａに対する位置調整を許容する位置調整部である固定孔３６を有する。これにより、熱膨張の影響などによってディ電極５Ａに対するマグネティックチャンネル９Ａの位置がずれた場合であっても、位置調整部によって支持板３１の位置調整を行うことで、マグネティックチャンネル９Ａの位置合わせをすることができる。
　マグネティックチャンネル用冷却部７０は、支持板３１から引き出され、冷却媒体を流通させる配管７１を有し、配管７１は、支持板３１と共にディ電極５Ａから取り外し可能である。この場合、支持板３１をディ電極５Ａから取り外して位置調整を行うとき、マグネティックチャンネル用冷却部７０の配管７１も同時にディ電極５Ａから取り外すことができる。従って、支持板３１の位置調整に伴って、マグネティックチャンネル用冷却部７０の配管７１の位置も支持板３１に追従させることができる。
　本実施形態にサイクロトロン１は、ディ電極５Ａと、ディ電極５Ａに設けられたマグネティックチャンネル９Ａと、マグネティックチャンネル９Ａを冷却するマグネティックチャンネル用冷却部７０と、を備え、マグネティックチャンネル用冷却部７０は、平面視において、ディ電極５Ａよりも内側の領域に配置されている。
　このサイクロトロン１において、マグネティックチャンネル９Ａは、マグネティックチャンネル９Ａを冷却するマグネティックチャンネル用冷却部７０を備える。従って、マグネティックチャンネル９Ａは、マグネティックチャンネル用冷却部７０によって冷却可能となる。ここで、マグネティックチャンネル用冷却部７０は、平面視において、ディ電極５Ａよりも内側の領域に配置されている。すなわち、平面視においてディ電極５Ａよりも外側の領域では磁場が形成されているが、マグネティックチャンネル用冷却部７０は、当該磁場に影響を与えることを抑制した状態にて、マグネティックチャンネル９Ａを冷却することができる。以上より、マグネティックチャンネル９Ａを適切に冷却することができる。
　以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形したものであってもよい。例えば、実施形態のサイクロトロン１では、荷電粒子ビームの螺旋状の周回軌道Ｂが水平面上にあるものとして説明したが、本開示のサイクロトロンは、周回軌道Ｂが鉛直面上にあるように配置してもよい。
　配管７１は、支持板３１の内部に設けられていなくともよい。例えば、配管７１が支持板３１の外表面に接触するような構成であってもよい。具体的には、配管７１が支持板３１の下側にもぐり込んで、支持板３１の下面に接触してもよい。また、マグネティックチャンネル用冷却部７０は、支持板３１を介することなくマグネティックチャンネル９Ａを冷却してよい。
　本開示の構成が採用される加速器は、必ずしもサイクロトロンに限定されず、シンクロトロン等の他の加速器に採用されてもよい。
　１…サイクロトロン（加速器）、５Ａ，５Ｂ…ディ電極（加速電極）、９Ａ…マグネティックチャンネル、３１…支持板（支持部材）、３６…固定孔（位置調整部）、６０…ディ電極用冷却部（加速器用冷却部）、７０…マグネティックチャンネル用冷却部（冷却部）、７１…配管。

Claims (6)

  1. 　加速電極と、
    　前記加速電極に設けられたマグネティックチャンネルと、
    　前記マグネティックチャンネルを支持する支持部材と、
    　前記マグネティックチャンネルを冷却する冷却部と、を備え、
    　前記冷却部は、前記支持部材に設けられており、当該支持部材を介して前記マグネティックチャンネルを冷却する、加速器。
  2. 　前記支持部材は、前記加速電極に対して取り付け可能であり、前記支持部材と前記加速電極との間に隙間が形成され、前記支持部材は前記加速電極に対して位置調整可能である、請求項１に記載の加速器。
  3. 　前記加速電極には、加速電極用冷却部が設けられ、
    　前記冷却部は、冷却媒体を流通させる配管を有し、
    　前記冷却部の前記配管は、前記加速電極用冷却部から前記冷却媒体を分岐させるように設けられる、請求項１又は２に記載の加速器。
  4. 　前記支持部材は、前記加速電極に対して取り付け可能であり、且つ、当該加速電極に対する位置調整を許容する位置調整部を有する、請求項１～３の何れか一項に記載の加速器。
  5. 　前記冷却部は、前記支持部材から引き出され、冷却媒体を流通させる配管を有し、
    　前記配管は、前記支持部材と共に前記加速電極から取り外し可能である、請求項１～４の何れか一項に記載の加速器。
  6. 　ディ電極と、
    　前記ディ電極に設けられたマグネティックチャンネルと、
    　前記マグネティックチャンネルを冷却する冷却部と、を備え、
    　前記冷却部は、平面視において、前記ディ電極よりも内側の領域に配置されている、サイクロトロン。
     
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JP2014160613A (ja) * 2013-02-20 2014-09-04 Sumitomo Heavy Ind Ltd サイクロトロン

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4887297A (ja) * 1972-03-10 1973-11-16
JP2013182881A (ja) * 2012-03-05 2013-09-12 Sumitomo Heavy Ind Ltd 磁気チャンネル
JP2014160613A (ja) * 2013-02-20 2014-09-04 Sumitomo Heavy Ind Ltd サイクロトロン

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